基于MEMS的非致冷红外成像技术.doc

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基于MEMS的非致冷红外成像技术
目录
TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc410082139"基于MEMS的非致冷红外成像技术 PAGEREF_Toc410082139\h1
HYPERLINK\l"_Toc410082140"1、原理简介 PAGEREF_Toc410082140\h1
HYPERLINK\l"_Toc410082141"2、基于MEMS的非致冷红外成像技术的读出方式 PAGEREF_Toc410082141\h2
HYPERLINK\l"_Toc410082142"2.1、电学读出方式 PAGEREF_Toc410082142\h2
HYPERLINK\l"_Toc410082143"2.2、光学读出方式 PAGEREF_Toc410082143\h4
HYPERLINK\l"_Toc410082144"2.2.1、光学读出方式系统介绍 PAGEREF_Toc410082144\h4
HYPERLINK\l"_Toc410082145"2.2.2、中科院研究的新型非制冷红外成像技术 PAGEREF_Toc410082145\h5
HYPERLINK\l"_Toc410082146"2.2.3、尼康公司基于针孔滤波原理的光学读出方式 PAGEREF_Toc410082146\h7
HYPERLINK\l"_Toc410082147"2.2.4、迈克耳逊干涉型光读出红外成像器件 PAGEREF_Toc410082147\h8
HYPERLINK\l"_Toc410082148"2.2.5、法布里—泊罗干涉型光学读出热成像系统 PAGEREF_Toc410082148\h8
HYPERLINK\l"_Toc410082149"2.2.6、其他读出方式（AFM、衍射等） PAGEREF_Toc410082149\h10
HYPERLINK\l"_Toc410082150"3、相关参数及总结 PAGEREF_Toc410082150\h10
HYPERLINK\l"_Toc410082151"参考文献 PAGEREF_Toc410082151\h11


1、原理简介
热型（非致冷）红外探测器主要是基于红外辐射的热效应--像素(内含敏感元)吸收红外辐射导致其温度上升，从而引起敏感元的某些可测量的物理特性的变化，通过测量这种变化完成红外探测。这些可测量的变化包括:电阻变化、电容变化、热释电效应、Seebeck效应、气体压力变化、液晶色变和热弹性效应等等，目前已取得成功的包括电阻测辐射热计、热--电容型红外焦平面阵列、热释电探测器、铁电测辐射热计和热电堆红外探测器等。
基于MEMS的非致冷红外成像技术是基于热致形变原理。双材料微悬臂梁吸收红外辐射后，温度升高，由于材料热膨胀系数的差异，悬臂梁会产生与吸收的红外辐射功率成正比的弯曲变形（如图1所示），进而引起某种物理量的变化，比如电容、位移、偏转角等。只要检测出这种物理量的变化大小就能测出吸收的红外辐射功率。一般地，用于制作悬臂梁的两种材料要求具有很高的热膨胀系数差异。

图1双材料梁温升后的变形
2、基于MEMS的非致冷红外成像技术的读出方式
2.1、电学读出方式
电学读出方式主要通过测量由微悬臂梁热致变形引起的电学量的变化来检测红外辐射的大小，其中以检测电容变化为主。当双材料微悬臂梁受热变形时，感热单元和基底之间的间隙会发生变化，并导致读出电路的电容值发生变化。电容的变化大小与吸收的红外辐射成正比，然后通过微电路测量出电容值的变化进而就可获得红外辐射值的大小，如图2示意图所示。

图2电学读出方式示意图
由于热型红外探测器的性能取决于感热单元的温升，即与感热单元的热容量和散热速度有关。增大热容，减少热导，可以提高热型红外探测器的性能。因此，采用电学读出方式的热型红外探测器在制作读出电路和提高探测器性能之间产生了矛盾：一、由于每一个感热单元都需要制作读出电路，而读出电路使用金属材料，金属连接增加了感热单元的热导，降低了热隔离效果；二、电流在感热单元上会产生附加热量，引起额外的热噪声；三、由于感热单元产牛的物理量变化通常都很小，要求读出电路有很高的信噪比和增益，这对读出电路的设计和制作工艺提出了很高的要求。以上种种原因促进了光学读出方式的红外探测器的发展。
2.2、光学读出方式
2.2.1、光学读出方式系统介绍
这些年随着MEMS工艺的快速进步，基于微悬臂结构的各种光学读出式红外热探测器被广泛应用与该领域。该探测器的核心结构和前面